Resumos · Biologia e GeologiaPT · Secundário

Obtenção de matéria pelos seres autotróficos e heterotróficos

Estuda-se como as células obtêm a matéria de que precisam. Começa-se pela membrana plasmática — o modelo do mosaico fluido — e pelos mecanismos de transporte transmembranar. Distinguem-se depois as duas grandes estratégias de nutrição: os seres heterotróficos, que ingerem e digerem matéria orgânica, e os seres autotróficos, que a produzem por fotossíntese (ou quimiossíntese).

4 secções~12 min de leitura4 competênciasNível Padrão 2 · Aprofundamento 2

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Perfil de exame

Relacionar a estrutura da membrana (mosaico fluido) com a permeabilidade seletivaDistinguir os mecanismos de transporte transmembranarComparar estratégias de obtenção de matéria em seres heterotróficosExplicar as fases da fotossíntese nos seres autotróficos

Operadores:relacionadistinguecomparaexplicainterpretadescreve

nível básico

Reconhecer os tipos de transporte e as fases da fotossíntese.

nível avançado

Interpretar dados de transporte e de taxa de fotossíntese e distinguir rigorosamente as fases dependente e independente da luz.

Profundidade

Texto

Conteúdo · 4 secções

Obtenção de matéria pelos seres autotróficos e heterotróficos

A membrana e o mosaico fluido#

PadrãoAE-biologia-e-geologia-10-obtencao-materia

A «membrana plasmática» delimita a célula e controla todas as trocas com o exterior. A sua estrutura é descrita pelo «modelo do mosaico fluido» (Singer e Nicolson, 1972): uma bicamada de «fosfolípidos» na qual se inserem «proteínas» (ver Fig. 1). Os fosfolípidos são moléculas anfipáticas — têm uma «cabeça» hidrofílica (voltada para os meios aquosos) e duas «caudas» hidrofóbicas (voltadas para o interior da bicamada) — o que faz com que se organizem espontaneamente em bicamada num meio aquoso.

Modelo do mosaico fluido da membrana

Fig. 1Fig. 1 — Membrana plasmática: bicamada de fosfolípidos com proteínas (modelo do mosaico fluido).

O modelo diz-se «fluido» porque os fosfolípidos e muitas proteínas se movem lateralmente no plano da membrana, conferindo-lhe fluidez e plasticidade; e diz-se «mosaico» porque as proteínas estão dispersas na bicamada como as peças de um mosaico. As proteínas podem ser «integrais» (atravessam a bicamada) ou «periféricas» (associadas à superfície). Há ainda «colesterol» (que regula a fluidez, nas células animais) e «glícidos» ligados a proteínas e lípidos (glicoproteínas e glicolípidos), que funcionam no reconhecimento celular.

A propriedade fundamental da membrana é a «permeabilidade seletiva»: deixa passar livremente umas substâncias e controla ou impede a passagem de outras. As pequenas moléculas apolares (O₂, CO₂) e a água atravessam com relativa facilidade a bicamada lipídica; os iões e as moléculas polares grandes (glicose) precisam de proteínas transportadoras específicas. É esta seletividade que mantém a composição interna da célula diferente do exterior (homeostasia).

A estrutura anfipática dos fosfolípidos explica, assim, a própria existência da membrana: é a fuga das caudas hidrofóbicas à água e a atração das cabeças pela água que forma e mantém a bicamada. A relação estrutura-função é aqui muito clara — a organização molecular determina a permeabilidade seletiva.

No Exame, é frequente pedir-se a identificação dos constituintes da membrana num esquema e a justificação de por que a membrana é seletivamente permeável a partir da sua estrutura.

Exemplo resolvido

Anfipatia e formação da bicamada

Explica por que os fosfolípidos formam espontaneamente uma bicamada quando colocados em água.

Caracterizar o fosfolípido
Cada fosfolípido tem uma cabeça hidrofílica (afim da água) e duas caudas hidrofóbicas (que repelem a água) — é anfipático.
Interpretar o comportamento em água
As cabeças orientam-se para os meios aquosos (interior e exterior da célula) e as caudas afastam-se da água, agrupando-se entre si.
Concluir
Esta orientação origina duas camadas com as caudas voltadas para dentro e as cabeças para fora — uma bicamada estável.

Resultado: O caráter anfipático dos fosfolípidos leva-os a organizar-se numa bicamada, com cabeças hidrofílicas para os meios aquosos e caudas hidrofóbicas para o interior.

Erros frequentes

Descrever a membrana como uma estrutura rígida — o modelo é «fluido» (os componentes movem-se).
Dizer que a membrana é impermeável ou totalmente permeável: é «seletivamente» permeável.

Revisão ativa

Explica, a partir do caráter anfipático dos fosfolípidos, por que se organizam espontaneamente numa bicamada em meio aquoso.

Evocação ativa

Recorda os pontos-chave — depois revela.

Fontes: Aprendizagens Essenciais de Biologia e Geologia — 10.º ano (Direção-Geral da Educação (DGE))

Transporte transmembranar#

AprofundamentoAE-biologia-e-geologia-10-obtencao-materia

As substâncias atravessam a membrana por mecanismos que se distinguem por precisarem, ou não, de energia da célula (ver Fig. 2). No «transporte passivo» a substância desloca-se a favor do gradiente de concentração (do meio mais concentrado para o menos concentrado), sem gasto de energia (ATP): a célula limita-se a deixar acontecer a difusão. No «transporte ativo» a substância é deslocada contra o gradiente (para o meio mais concentrado), o que exige gasto de energia.

Mecanismos de transporte transmembranar

Fig. 2Fig. 2 — Transporte transmembranar: passivo (sem energia) e ativo (com energia).

O transporte passivo assume três formas. A «difusão simples» é a passagem direta de pequenas moléculas apolares (O₂, CO₂) através da bicamada. A «difusão facilitada» é a passagem de moléculas polares ou iões (glicose, aminoácidos) com o auxílio de proteínas transportadoras ou canais — continua a ser a favor do gradiente e sem energia. A «osmose» é o caso particular da difusão da «água» através da membrana, do meio hipotónico (menos concentrado em solutos) para o hipertónico (mais concentrado).

A osmose tem consequências importantes conforme o meio. Numa solução «hipotónica», a água entra na célula, que fica túrgida (nas células vegetais, a parede evita o rebentamento — turgescência); numa solução «hipertónica», a água sai, a célula desidrata e murcha (nas vegetais, o citoplasma retrai-se — plasmólise); numa solução «isotónica» não há fluxo líquido. Estes fenómenos são frequentemente testados a partir de resultados experimentais com células em soluções de diferentes concentrações.

O «transporte ativo» usa proteínas transportadoras específicas («bombas») e ATP para mover substâncias contra o gradiente — como a bomba de sódio-potássio. Existe ainda o transporte «em quantidade» de grandes partículas, com deformação da membrana e gasto de energia: a «endocitose» (a célula engloba material — fagocitose, quando são partículas sólidas, e pinocitose, quando são líquidos) e a «exocitose» (expulsão de material para o exterior).

A distinção entre transporte a favor/contra o gradiente e com/sem energia é a chave para classificar qualquer mecanismo — e é uma das perguntas mais frequentes, muitas vezes a partir de um gráfico da velocidade de transporte em função da concentração (que satura, na difusão facilitada e no transporte ativo, por esgotamento das proteínas).

Exemplo resolvido

Célula em solução hipertónica

Uma célula animal é colocada numa solução hipertónica. Indica o sentido do fluxo de água e o efeito, justificando com o mecanismo envolvido.

Comparar concentrações
A solução hipertónica é mais concentrada em solutos do que o interior da célula.
Aplicar a osmose
A água move-se por osmose do meio menos concentrado (interior) para o mais concentrado (exterior), ou seja, sai da célula.
Prever o efeito
A perda de água faz a célula desidratar e murchar (crenação, na célula animal).

Resultado: A água sai da célula por osmose (interior hipotónico → exterior hipertónico) e a célula murcha.

Erros frequentes

Considerar que a difusão facilitada gasta energia — é passiva (a favor do gradiente); só usa proteínas.
Trocar hipotónico e hipertónico: na osmose, a água move-se do meio hipotónico para o hipertónico.

Revisão ativa

Coloca-se uma célula animal numa solução hipertónica. Prevê o sentido do fluxo de água e o efeito sobre a célula, justificando.

Evocação ativa

Recorda os pontos-chave — depois revela.

Fontes: Aprendizagens Essenciais de Biologia e Geologia — 10.º ano (Direção-Geral da Educação (DGE))

Seres heterotróficos#

PadrãoAE-biologia-e-geologia-10-obtencao-materia

Os seres «heterotróficos» não conseguem produzir a sua matéria orgânica e obtêm-na consumindo matéria orgânica já existente (de outros seres). Para a utilizar, têm de a transformar em moléculas simples, absorvíveis — é a «digestão», a hidrólise das macromoléculas (feita por enzimas) em monómeros. Distinguem-se a digestão «intracelular» (dentro da célula, em vacúolos digestivos) e a digestão «extracelular» (fora das células, numa cavidade ou no exterior do corpo).

Nos organismos mais simples, a obtenção de matéria faz-se ao nível celular. A «ameba» engloba as partículas por «fagocitose» (endocitose de sólidos), formando um «vacúolo digestivo»; os lisossomas fundem-se com o vacúolo e libertam enzimas que fazem a digestão intracelular; os nutrientes são absorvidos para o citoplasma e os resíduos expulsos por exocitose (ver Fig. 3).

Fagocitose e digestão intracelular

Fig. 3Fig. 3 — Ameba: fagocitose, formação do vacúolo digestivo e digestão intracelular com lisossomas.

Os «fungos» têm uma estratégia diferente: fazem digestão «extracorporal» — libertam enzimas para o meio, digerem a matéria orgânica no exterior do corpo e absorvem depois os nutrientes já simples. É uma nutrição por absorção, típica também de muitas bactérias decompositoras.

Nos animais com cavidade digestiva a digestão é predominantemente extracelular. A «Hydra» tem uma «cavidade gastrovascular» com uma só abertura (tubo digestivo incompleto): a presa é digerida na cavidade (digestão extracelular) e as partículas resultantes são englobadas pelas células da parede, que completam a digestão intracelular — uma digestão «mista». Os animais mais complexos possuem «tubo digestivo completo» (boca e ânus), com regiões especializadas, digestão extracelular e absorção eficiente.

Em todos os casos, a sequência é a mesma — «ingestão → digestão → absorção → (eliminação de resíduos)» — o que muda é o local e o modo. Comparar estas estratégias, a partir de esquemas de diferentes seres, é um objetivo frequente do Exame.

Exemplo resolvido

Ameba vs fungo

Compara a obtenção de matéria na ameba e num fungo decompositor, indicando o local da digestão.

Ameba
Engloba as partículas por fagocitose e digere-as num vacúolo digestivo — digestão intracelular.
Fungo
Liberta enzimas para o meio e digere a matéria orgânica no exterior — digestão extracorporal (extracelular).
Concluir a comparação
Em ambos há hidrólise enzimática e absorção de nutrientes simples, mas na ameba a digestão é dentro da célula e no fungo é fora do corpo.

Resultado: A ameba faz digestão intracelular (em vacúolo, após fagocitose); o fungo faz digestão extracorporal (no meio) e absorve os nutrientes.

Erros frequentes

Confundir digestão intracelular (em vacúolos, dentro da célula) e extracelular (em cavidade ou fora do corpo).
Pensar que os fungos ingerem alimento: fazem digestão extracorporal e absorvem os nutrientes.

Revisão ativa

Compara a obtenção de matéria na ameba e num fungo, indicando onde ocorre a digestão em cada caso.

Evocação ativa

Recorda os pontos-chave — depois revela.

Fontes: Aprendizagens Essenciais de Biologia e Geologia — 10.º ano (Direção-Geral da Educação (DGE))

Seres autotróficos — fotossíntese#

AprofundamentoAE-biologia-e-geologia-10-obtencao-materia

Os seres «autotróficos» produzem a sua própria matéria orgânica a partir de matéria inorgânica simples, usando uma fonte de energia. A via mais importante é a «fotossíntese», que usa energia luminosa para converter dióxido de carbono e água em glícidos, libertando oxigénio. Ocorre nos «cloroplastos» (ver Fig. 4), que contêm «clorofila» — o pigmento que capta a luz — organizada em membranas empilhadas, os «tilacoides» (grana), imersos no «estroma».

O cloroplasto

Fig. 4Fig. 4 — Cloroplasto: estroma e tilacoides (grana), onde decorre a fotossíntese.

A fotossíntese decorre em duas fases. A «fase dependente da luz» ocorre nas membranas dos tilacoides: a energia luminosa captada pela clorofila é usada para a «fotólise da água» (a água é decomposta, libertando O₂, protões e eletrões) e para produzir «ATP» e «NADPH» (transportador de eletrões/energia). O oxigénio libertado provém, portanto, da água, e não do CO₂ — um ponto muito importante (ver Fig. 5).

As duas fases da fotossíntese

Fig. 5Fig. 5 — Fotossíntese: a fase dependente da luz alimenta a fase independente (ciclo de Calvin).

A «fase independente da luz» (ciclo de Calvin) ocorre no «estroma» e não precisa diretamente de luz, mas depende do ATP e do NADPH produzidos na fase anterior. Nela, o «CO₂ é fixado» (incorporado em moléculas orgânicas, com a enzima RuBisCO), reduzido com o NADPH e a energia do ATP, formando «glícidos» (glicose); parte das moléculas é regenerada para manter o ciclo. As duas fases estão, assim, acopladas: a dependente fornece o ATP e o NADPH que a independente consome.

A taxa de fotossíntese depende de «fatores» — a intensidade luminosa, a concentração de CO₂ e a temperatura. O seu efeito é tipicamente uma curva que sobe e depois «satura»: aumentar a luz (ou o CO₂) acelera a fotossíntese até certo ponto, a partir do qual outro fator se torna limitante e a taxa estabiliza (ver Fig. 6). A interpretação destas curvas — identificando o «fator limitante» — é um clássico do Exame.

Taxa de fotossíntese e fator limitante

Fig. 6Fig. 6 — A taxa de fotossíntese aumenta com a intensidade luminosa até um patamar (outro fator torna-se limitante).

Existe ainda a «quimiossíntese», realizada por algumas bactérias que produzem matéria orgânica usando energia de reações químicas de oxidação de compostos inorgânicos (por exemplo, compostos de enxofre), em vez de energia luminosa. É importante em ambientes sem luz, como as fontes hidrotermais dos fundos oceânicos.

Exemplo resolvido

Interpretar o patamar de uma curva

Num gráfico, a taxa de fotossíntese cresce com a intensidade luminosa e depois estabiliza num patamar. Interpreta o patamar.

Fase crescente
Enquanto a luz é escassa, aumentá-la fornece mais energia e acelera a fotossíntese — a luz é o fator limitante.
Patamar
A partir de certa intensidade, a taxa deixa de aumentar: a luz já não é limitante.
Concluir
No patamar, outro fator (por exemplo, a concentração de CO₂ ou a temperatura) passou a limitar a fotossíntese.

Resultado: O patamar indica que a luz deixou de ser o fator limitante; a taxa é agora limitada por outro fator (CO₂ ou temperatura).

Erros frequentes

Dizer que o O₂ libertado provém do CO₂ — provém da fotólise da água.
Chamar «fase escura» à fase independente e concluir que ocorre no escuro: ela depende do ATP e do NADPH da fase luminosa.

Revisão ativa

Num gráfico, a taxa de fotossíntese aumenta com a intensidade luminosa até estabilizar. Explica o que significa o patamar e o conceito de fator limitante.

Evocação ativa

Recorda os pontos-chave — depois revela.

Fontes: Aprendizagens Essenciais de Biologia e Geologia — 10.º ano (Direção-Geral da Educação (DGE))

Referências e fontes

Fontes

Direção-Geral da Educação (DGE)

Aprendizagens Essenciais de Biologia e Geologia — 10.º ano

Obtenção de matéria pelos seres autotróficos e heterotróficos

4 secções~12 min de leitura4 competênciasNível Padrão 2 · Aprofundamento 2

Obtenção de matéria pelos seres autotróficos e heterotróficos

Pontos-chave

Anfipatia e formação da bicamada

Pontos-chave

Célula em solução hipertónica

Pontos-chave

Ameba vs fungo

Pontos-chave

Interpretar o patamar de uma curva

Fontes

Obtenção de matéria pelos seres autotróficos e heterotróficos

Pontos-chave

Anfipatia e formação da bicamada

Pontos-chave

Célula em solução hipertónica

Pontos-chave

Ameba vs fungo

Pontos-chave

Interpretar o patamar de uma curva

Fontes